Bi系高温超伝導酸化物のLiのインターカレーションと二次電池正極材への応用の試み

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09875172
• Research Institution: Okayama University
• Principal Investigator: 高田 潤 岡山大学, 工学部, 教授 (60093259)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 武田 保雄 三重大学, 工学部, 助教授 (60093051) ; 中西 真 岡山大学, 工学部, 助手 (10284085) ; 藤井 達生 岡山大学, 工学部, 講師 (10222259)
• Keywords: Liインターカレーション / 高温超伝導酸化物 / Bi-2212相 / 二次電池正極材料 / 超伝導転移温度 / 酸素量 / Cu平均価数

Research Abstract

Bi系高温超伝導酸化物(Bi-2212相など)は層状構造を有する化合物であり、これまで電極反応によるLiのインターカレーションの可能性が期待されていたが、現在まで殆ど報告例がない。
本研究は、Bi-2212相へ電気化学的にLiを導入することを試み、得られたBi-2212相の超伝導特性、構造及び酸素量と構成イオンの価数変化を明らかにするとともに、固相反応法によるLi導入の結果と比較検討することにより、Liのインタカレーションの特徴を明らかにし、更にLiディインターカレーションを試みることによって、Bi-2212相がLi二次電池の正極材として応用できる可能性を検討することを目的とした。得られた結果を要約すると以下の通りである。
1. 電気化学的手法を用いれば、LiをBi-2212相に常温・常圧でインターカレートすることが可能であり、Li量の制御は極めて容易であることを明らかにした。
2. Liを電気化学的に導入したBi-2212相の超伝導特性Toは、Li量によって大巾に変化することを初めて見い出した。すなわち、少量のLi導入でTcは85Kから93Kまで上昇した後、急激に低下し、X≧0.3(Li_X Bi_2Sr_<1.6> Ca_<1.5> Cu_2O_zの表記に対して)のLi量で非超伝導体となる。
3. 電気化学的Li導入では固相反応の場合とは全く異なり、酸素量は全く変化せず、Biの平均価数が減少する結果、Cuの平均価数がX≧0.3.で+2.0まで減少し、これがTcの著しい変化の原因であることを明らかにした。
4.予め導入したLiは電気化学的な逆反応(放電反応)によって、Bi-2212相より放出できる、すなわちディインターカレーションが可能であることを初めて見い出した。このディインターカレーションによって、Bi-2212相の構造、超伝導特性、酸素量とBiとCuの平均価数は可逆的に変化することを明らかにした。
5. 以上の結果より、Bi-2212相へのLi二次電池の正極材への応用の可能性は極めて高いことを示した。

Research Products

• [Publications] M.Fujiwara: "Electrochemical lithium intercalation into the Bi-2212 phase" Physica C. 279. 219-224 (1997)
• [Publications] 中西 真: "電極反応によるBi-2212相へのLiのインターカレーション/ディインターカレーション" 粉体および粉末冶金. 45・7. 666-669 (1998)
• [Publications] Y.Kusano: "Morphological Effects of Grinding on Bisnatth:Based Cuprate Suparcondictors" J.American Ceramics Soc.81・1. 217-221 (1998)